Fachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf betonverstärkende
Fasern, die hervorragende betonverstärkende Effekte haben.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf
betonverstärkende Fasern, die in geeigneter Weise für Beton-
Formteile, hauptsächlich für Baumaterialien, z. B. Bauplatten
und Fliesen, verwendet werden.
Stand der Technik
Gehärteter Zement wird wegen seiner hervorragenden
Eigenschaften, z. B. Druckfestigkeit, Haltbarkeit und
Unverbrennbarkeit und zusätzlich wegen der niedrigen Kosten
auf einer ganzen Reihe von Gebieten des Bauwesens, des
Ingenieurbaus und dgl. verwendet. Er ist allerdings mit
Nachteilen behaftet, wie z. B. dem, daß er eine spröde
Substanz ist, so daß er eine beachtlich geringe
Biegebeständigkeit hat; außerdem ist seine Schlagzähigkeit
schwach, so daß er bei Anwendung von Zugspannung oder
Biegespannung leicht bricht oder reißt.
Im Hinblick auf eine Überwindung solcher Probleme wurde in
jüngerer Zeit eine Verwendung von verschiedenen anorganischen
Fasern und synthetischen organischen Fasern als
zementverstärkende Fasern vorgeschlagen. Sie wiesen noch
keine zufriedenstellenden betonverstärkenden Effekte auf, da
ihre Eigenschaften nicht wirksam ausgenutzt werden konnten
oder ihre Nachteile verhinderten, daß sie ausreichende
Effekte zeigten. Polyolefinfasern können z. B. vorteilhaft für
die Verstärkung von Beton eingesetzt werden, da sie
Alkalibeständigkeit und Wärmebeständigkeit aufweisen und
zusätzlich einem Autoklavenhärten oder Dampfhärten unterzogen
werden können. Andererseits hat die Polyolefinfaser eine
hydrophobe Oberfläche, die eine gute Haftung mit einer
hydrophilen Zementmatrix stört; außerdem hat sie eine
schlechte Dispergierbarkeit in der Zementaufschlämmung. Als
Stand der Technik zur Lösung dieser Probleme ist eine Technik
zur Verbesserung der Affinität zu Zement bekannt, bei der die
Oberfläche von Fasern mit einem oberflächenaktiven Mittel
oder dgl. behandelt wird [JP-A-4-21556 (der Ausdruck "JP-A",
wie er hier verwendet wird, meint eine "ungeprüfte
veröffentliche japanische Patentanmeldung"), JP-A-5-170497,
PCT WO90/06902 und dgl.]. Die in diesen Literaturstellen
beschriebenen Fasern weisen gute betonverstärkende Effekte
auf, allerdings besteht ein Bedarf für Betonformteile, die
hinsichtlich der Biegefestigkeit und Schlagfestigkeit weiter
verbessert sind.
Obgleich in den letzten Jahren verschiedene Maßnahmen zur
Verbesserung vorgeschlagen wurde, z. B. eine Verbesserung der
Dispergierbarkeit oder der Affinität einer Faser; eine
Verbesserung bei den verstärkenden Wirkungen durch
unregelmäßige Gestaltung des Querschnitts der Faser,
Ausbildung von hervorstehenden Teilen oder Knoten an der
Oberfläche der Faser oder Ausbildung eines Films aus einer
anderen Komponente an der Oberfläche; eine Verbesserung der
Festigkeit der Faser; Kneten einer anderen Komponente in die
Faser und Spezialisierung des Ausgangsmaterials, sind diese
bisher nicht nicht zufriedenstellend.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die
Bereitstellung einer betonverstärkenden Faser, die eine große
Schlagabsorptionsenergie hat, verbesserte Affinität und
Dispergierbarkeit zu der Zementmatrix aufweist und die
Verbesserungen bei der Biegefestigkeit, Druckfestigkeit und
insbesondere bei der Schlagzähigkeit eines Beton-Formteils
zustande bringt.
Im Hinblick auf die Lösung der obigen Aufgabe haben die
Erfinder der vorliegenden Erfindung ausgedehnte
Untersuchungen durchgeführt. Als Resultat wurde basierend auf
der Beziehung zwischen den physikalischen Eigenschaften einer
Polyolefinfaser und der Verstärkung von Beton festgestellt,
daß, da die Polyolefinfaser, die sowohl eine in hohem Maße
aufrechterhaltene Festigkeit wie auch Dehnung und mindestens
einen vorher festgelegten Youngschen Modul hat, zur
Verbesserung der Biegefestigkeit und auch der Schlagzähigkeit
des Betonformteils wirksam ist, und in Kombination mit der
oben angegebenen Bedingung, Haften eines Salzes einer höheren
C8-22-Fettsäure an der Oberfläche der Polyolefinfaser, die
Schlagabsorptionsenergie der Faser erhöht, die Affinität und
Dispergierbarkeit mit der Zementmatrix verbessert und eine
drastische Verbesserung der Biegefestigkeit und
Druckfestigkeit, insbesondere Schlagzähigkeit des Beton-
Formteils zustande bringt; eine solche Polyolefinfaser ist
als betonverstärkende Faser geeignet, und ein Betonformteil,
das unter Verwendung der Faser hergestellt wird, hat
hervorragende Schlagzähigkeit, was zu einer Vollendung der
vorliegenden Erfindung führt.
Im Hinblick auf eine Überwindung der oben beschriebenen
Probleme hat die vorliegende Erfindung den folgenden Aufbau:
- (1) Betonverstärkende Faser, die eine Polyolefinfaser
umfaßt, welche eine Einzelfaser-Festigkeit von mindestens
5 g/d, eine Einzelfaser-Dehnung von mindestens 60% und einen
Youngschen Elastizitätsmodul von mindestens 250 kgf/mm2 und
ein Salz einer höheren C8-22-Fettsäure in einer Menge von 0,1
bis 5 Gew.-%, bezogen auf der Gewicht der Polyolefinfaser, an
der Polyolefinfaser haftend aufweist.
- (2) Betonverstärkende Faser, wie sie oben in (1) beschrieben
ist, wobei die Polyolefinfaser eine Einzelfaser-Festigkeit
von mindestens 7 g/d, eine Einzelfaser-Dehnung von mindestens
70% und einen Youngschen Elastizitätsmodul von mindestens
450 kg/mm2 hat.
- (3) Betonverstärkende Faser, wie sie oben in (1) oder (2)
beschrieben ist, wobei die Polyolefinfaser eine
Polypropylenfaser ist.
- (4) Betonverstärkende Faser, wie sie oben in einem der
Absätze (1) bis (3) beschrieben ist, wobei das Salz
mindestens ein Alkalimetallsalz ist, das aus der Gruppe
bestehend aus Natriumsalzen, Lithiumsalzen und Kaliumsalzen,
Alkylaminsalz oder Alkylammoniumsalz ausgewählt ist.
- (5) Betonformteil, das die betonverstärkende Faser, wie sie
oben in einem der Absätze (1) bis (4) beschrieben ist,
enthält.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend spezifischer
beschrieben.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird somit eine
betonverstärkende Faser bereitgestellt, welche eine
Einzelfaser-Festigkeit von mindestens 5 g/d, eine
Einzelfaser-Dehnung von mindestens 60% und einen Youngschen
Elastizitätsmodul von mindestens 250 kgf/mm2 hat und ein Salz
einer höheren C8-22-Fettsäure in einer Menge von 0,1 bis
5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Polyolefinfaser, an der
Polyolefinfaser haftend aufweist.
Nach einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
auch eine betonverstärkende Faser bereitgestellt, die eine
Polyolefinfaser umfaßt, welche eine Einzelfaser-Festigkeit
von mindestens 7 g/d, eine Einzelfaser-Dehnung von mindestens
70% und einen Youngschen Elastizitätsmodul von mindestens
450 kgf/mm2 hat und welche das oben beschriebene Salz einer
höheren Fettsäure in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.-%,
bezogen auf das Gewicht der Polyolefinfaser, an der
Polyolefinfaser haftend aufweist. Als Salz einer höheren
Fettsäure kann mindestens ein Alkalimetallsalz, das aus der
Gruppe bestehend aus Natriumsalzen, Lithiumsalzen und
Kaliumsalzen ausgewählt ist, verwendet werden. Alternativ
kann ein Alkylaminsalz, für das ein primäres Aminsalz, ein
sekundäres Aminsalz oder ein tertiäres Aminsalz typische
Beispiele sind, oder ein Alkylammoniumsalz, beispielsweise
ein quaternäres Ammoniumsalz, verwendet werden. Zusätzlich
kann auch ein Salz eines zweiwertigen Metalls, z. B. von
Calcium, Magnesium oder Barium, eingesetzt werden.
Als Polyolefinfaser, die ein Basismaterial der
betonverstärkenden Faser der vorliegenden Erfindung ist, kann
eine Einkomponentenfaser, die aus einer einzigen Komponente
besteht, und eine Verbundfaser, die aus zwei oder mehreren
Komponenten besteht und die zu einer beliebigen
Nebeneinander-Struktur, Mantel-Kern-Struktur oder zu einer
exzentrischen Mantel-Kern-Struktur geformt ist, verwendet
werden. Es gibt keine besondere Beschränkung, die der
Polyolefinfaser auferlegt ist, sofern sie eine Faser ist, die
aus Polyolefin als Rohstoff besteht und die eine Einzelfaser-
Festigkeit von mindestens 5 g/d, eine Einzelfaser-Dehnung von
mindestens 60% und einen Youngschen Elastizitätsmodul von
mindestens 250 kgf/mm2 hat. Der Rohstoff für die
Faserkomponente kann ein Homopolymer, das nur aus Propylen-
Einheiten besteht, oder ein Propylen-Copolymer, das Ethylen-
Einheiten oder andere Olefin-Einheiten, die mindestens 5
Kohlenstoffatome haben, z. B. Buten-1, Penten-1, 4-
Methylpenten-1, Hexen-1 und Octen-1 in einer Menge von nicht
mehr als 2 Gew.-% enthält, oder Copolymere mit dem anderen
Olefin, sein. Alternativ kann das Rohmaterial ein Gemisch aus
dem obigen Harz mit einem kristallinen statistischen
Copolymer oder Blockcopolymer aus Propylen mit Ethylen oder
anderem Olefin sein.
Es ist möglich, dem Polyolefinharz, das zu der vorliegenden
Erfindung in Beziehung steht, einen Zusatzstoff, z. B. ein
Antioxidationsmittel, einen Lichtstabilisator, einen UV-
Absorber, ein Neutralisationsmittel, ein Nukleierungsmittel,
einen Epoxy-Stabilisator, ein Gleitmittel, ein Bakterizid,
eine Flammenschutzmittel, ein Antistatikum, ein Pigment oder
einen Weichmacher bei Bedarf in einem Ausmaß, der die
Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht stört, zuzusetzen.
Als nächstes wird eine Beschreibung eines Verfahren zur
Herstellung der Polyolefinfaser, die eine Einzelfaser-
Festigkeit von mindestens 5 g/d, eine Einzelfaser-Dehnung von
mindestens 60% und einen Youngschen Elastizitätsmodul von
250 kgf/mm2 hat, und die als Basis der erfindungsgemäßen
betonverstärkenden Faser verwendet wird, gegeben. Die
Faserspinntemperatur liegt vorzugsweise im Bereich zwischen
250 und 350°C; allerdings ist ein Schmelzspinnen bei einer
Temperatur, die innerhalb des obigen Bereichs möglichst hoch
ist, erwünscht, da dies die Herstellung eines ungereckten
Garns erlaubt, in dem die Molekülorientierung des Polymers,
das die Faser bildet, unterdrückt wurde. Eine
Spinntemperatur, die niedriger ist als der oben genannte
Bereich, ist nicht bevorzugt, da ein Abschrecken des
geschmolzenen Polyolefins in der fasrigen Form nach
Extrudieren aus der Spinndüse eines Extruders eine große
Verformung der Faser bei der Verfestigung bewirkt; die
Molekülorientierung des resultierenden ungereckten Garns
würde damit begünstigt. Andererseits fördert eine
Spinntemperatur, die über dem obigen Bereich liegt, die
Zersetzung des Polyolefinharzes drastisch, was nicht nur auf
ein Aufschäumen der Faser bewirkt, was es schwierig macht,
ein ungerecktes Garn mit guter Reckbarkeit zu erhalten,
sondern auch die Molekülkette der Faser durchtrennt, was das
Molekulargewicht der Faser verringert und es unmöglich macht,
die Faser zu einer Polyolefinfaser mit in hohem Maße
aufrechterhaltener Festigkeit und in hohem Maße
aufrechterhaltenem Youngschen Elastizitätsmodul zu recken.
Zum Kühlen des geschmolzenen Polyolefins in der Faserform
nach dem Extrudieren auf eine Temperatur nicht über seinem
Schmelzpunkt ist es möglich, ein herkömmliches Verfahren
anzuwenden, z. B. Kühlen in einem Medium wie z. B. Luft, Wasser
oder Glycerin. Um die Orientierung eines ungereckten Garns so
weit wie möglich zu unterdrücken, ist eine Kühlung in der
Luft und kein rasches Abschrecken in einer Flüssigkeit
vorteilhaft. Die Temperatur und die Strömung der Luft können
nach Wunsch eingestellt werden, allerdings ist es zum Erhalt
eines ungereckten Garns mit stärkerer
Orientierungsunterdrückung bevorzugt, ein langsames Kühlen
mit einem schwachen Luftstrom und keiner übermäßig niedrigen
Temperatur durchzuführen. Ein solches langsames Abkühlen
macht es möglich, Kristallstrukturen höherer Ordnung zu
bilden, worin die Lamelle bezüglich der Richtung der
Faserachse vertikal angeordnet wurde; daher ist dieses Kühlen
bevorzugt.
Die Reckgeschwindigkeit des ungereckten Garns ist
vorzugsweise 200 bis 1000 m/min. Bei dieser Geschwindigkeit
ist die Verformung des geschmolzenen Polyolefins in der
Faserform bei der Härtetemperatur gering und eine
Orientierung wird unterdrückt. Selbst innerhalb des obigen
Bereichs ist ein Recken bei einer möglichst niedrigen
Geschwindigkeit bevorzugt. Wenn die Reckgeschwindigkeit über
dem obigen Bereich liegt, ist die Verformung des
geschmolzenen Polyolefins in der Faserform bei der
Verfestigung groß und es wird ungerecktes Garn mit
beschleunigter Orientierung gebildet, was die
Reckeigenschaften verschlechtert und es unmöglich macht, die
Faser mit hohem Reckverhältnis zu recken. Wenn die
Reckgeschwindigkeit andererseits unter dem obigen Bereich
liegt, ist kein einheitliches ungerecktes Garn erhältlich, da
die Tropfgeschwindigkeit des geschmolzenen Polyolefins,
dessen Schmelzviskosität durch Hochtemperaturfaserspinnen
reduziert wurde, geringer wird als seine natürliche
Tropfgeschwindigkeit.
Die Polyolefinfaser, die ein Basismaterial der
betonverstärkenden Faser ist, kann so geformt sein, daß sie
einen kreisförmigen Querschnitt oder einen Querschnitt mit
einer anderen Form hat. Als andere Form kann irgendeine
beliebige flache, eckige von dreieckig bis oktagonal, Form,
T-Form, Mehrfolienform und eine hohle Form verwendet werden;
für sie gibt es keine besondere Beschränkung.
Als nächstes wird eine Beschreibung für das Recken angegeben.
Eine Polyolefinfaser, die hohe Festigkeit, hohe Dehnung und
einen hohen Youngschen Elastizitätsmodul hat, wird durch
Recken des ungereckten Polyolefingarns, das durch das oben
beschriebene Verfahren gebildet wird, erhalten. Das
ungereckte Polyolefingarn wird nach einem bekannten Verfahren
z. B. durch Recken mit beheizter Walze, Heißwasserrecken oder
Recken mit geheizter Platte gereckt. Das Recken kann nach
einem beliebigen der folgenden Verfahren durchgeführt werden,
z. B. Einstufenrecken, Zweistufenrecken und Mehrstufenrecken;
ein Recken in mindestens zwei Stufen ist allerdings gegenüber
dem in einer Stufe bevorzugt. Selbst beim Einstufenrecken
kann eine Polyolefinfaser, die der Festigkeit, der Dehnung
und dem Youngschen Elastizitätsmodul entspricht, wie sie in
der vorliegenden Erfindung definiert sind, wenn das Recken
langsam durchgeführt wird, damit die Kristallisation
(molekulare Orientierung) des Polymers, das die Faser bildet,
nicht plötzlich auftritt. Allerdings ist das Mehrstufenrecken
zur Unterdrückung der Polymerkristallisation und zur weiteren
Verstärkung der oben beschriebenen Fasereigenschaften
vorteilhaft. In Anbetracht der Fertigungsanlage beim
Mehrstufenrecken ist das Zweistufenrecken bevorzugt. Das
Recken wird in einem relativ niedrigem Temperaturbereich von
50 bis 90°C durchgeführt. Bei Temperaturen über dem obigen
Bereich erfolgt rasch eine Orientierung und Kristallisation
des ungereckten Garns, während Temperaturen unter dem obigen
Bereich die Reckeigenschaften verschlechtern, wodurch ein
Recken nicht bei einem Reckverhältnis durchgeführt werden
kann, das ausreicht, um der Faser hohe Festigkeit zu
verleihen.
Das Reckverhältnis liegt vorzugsweise zwischen 3,8 und 8,0.
Ein Reckverhältnis von weniger als 3,8 verringert die
Einzelfaser-Festigkeit und den Youngschen Elastizitätsmodul
der resultierenden Faser, während ein Reckverhältnis von über
8,0 die Einzelfaser-Dehnung verringert. Beim Zweistufen-
Recken wird vorzugsweise das Recken der ersten Stufe bei
einem Reckverhältnis von 40% bis 70%, vorzugsweise von 50%
bis 60% des Gesamtreckverhältnisses durchgeführt, das
Reckverhältnis der zweiten Stufe wird in einem Ausmaß
durchgeführt, der kein Reißen der Faser oder Klümpchen
verursacht, dabei wird das Gesamtreckverhältnis so gesteuert,
daß es in den oben beschriebenen Bereich fällt. Wenn das
Recken der ersten Stufe bei einem Reckverhältnis durchgeführt
wird, das beträchtlich über 70% des Gesamtreckverhältnisses
liegt, schreitet die Polymerkristallisation beim Recken der
ersten Stufe merklich fort. Wenn das Recken der ersten Stufe
dagegen mit einem Reckverhältnis durchgeführt wird, das
beträchtlich unter 40% des Gesamtreckverhältnisses liegt,
kann die Polymerkristallisation beim Recken der zweiten Stufe
nicht unterdrückt werden. Selbst wenn das
Gesamtreckverhältnis dasselbe ist, kann der Effekt des
Zweistufenreckens nicht erwartet werden, es sei denn, die
Polymerkristallisation wird in jeder Reckstufe unterdrückt;
Einzelfaser-Festigkeit und Einzelfaser-Dehnung einer
Polyolefinfaser werden reduziert. Der Ausdruck
"Reckverhältnis", wie er hier verwendet wird, meint das
Verhältnis der Vorschubwalzengeschwindigkeit zu der
Abzugswalzengeschwindigkeit.
Die gereckte Polyolefinfaser kann fakultativ einer
Glühbehandlung unterzogen werden. Die Glühbehandlung
beinhaltet die Wärmebehandlung bei einer Temperatur nicht
höher als in der Nähe des Schmelzpunktes (normalerweise über
100°C) bei einer Spannung, die die gereckte Faser nicht
länger macht, und eine Wärmebehandlung im selben
Temperaturbereich ohne Spannung. Mit dieser Glühbehandlung
kann eine Polyolefinfaser mit verbesserter thermischer
Schrumpfung erhalten werden.
Durch die Spinn- und Reck-Verfahren, wie sie oben beschrieben
sind, kann eine Polyolefinfaser mit physikalischen
Eigenschaften, z. B. Einzelfaser-Festigkeit von mindestens
5 g/d, Einzelfaser-Dehnung von mindestens 60% und Youngschem
Elastizitätsmodul von 250 kgf/mm2 erhalten werden.
Insbesondere durch Spinnen bei hoher Temperatur und Recken
bei niedriger Temperatur oder durch Zweistufenrecken kann
eine Polyolefinfaser, die eine Einzelfaser-Festigkeit von
mindestens 7 g/d, eine Einzelfaser-Dehnung von mindestens
70% und einen Youngschen Elastizitätsmodul von mindestens
450 kgf/mm2 hat, und die als betonverstärkende Faser optimal
ist, erhalten werden.
Die Haftung eines Salzes einer höheren Fettsäure an der
Polyolefinfaser kann entweder im Spinnschritt oder im
Reckschritt ausgeführt werden. Für die Haftung kann das
Rollerverfahren, das Tauchverfahren, das Sprühverfahren oder
das Schlag-Trocknungsverfahren angewendet werden. Eine
Behandlung sowohl im Spinnschritt wie auch im Reckschritt
bringt eine gleichmäßige Haftung zustande und ist daher
bevorzugt.
Die betonverstärkende Faser gemäß der vorliegenden Erfindung
hat ein Salz einer höheren C8-22-Fettsäure in einer Menge von
0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der
Polyolefinfaser, daran haftend. Mengen des Salzes einer
höheren Fettsäure von weniger als 0,1 Gew.-% verursachen
keine ausreichenden verstärkenden Effekte. Bei Mengen, die
5 Gew.-% übersteigen sind dagegen die Wirkungen gesättigt,
Biegefestigkeit, Schlagzähigkeit und Schlagabsorptionsenergie
von Beton erreichen ein Gleichgewicht. Außerdem macht eine
derartige überschüssige Menge die Oberfläche der Faser
klebrig; dies verschlechtert die Produktivität, so daß dies
unter dem wirtschaftlichem Gesichtspunkt zur praktischen
Verwendung nicht notwendig ist.
Da die betonverstärkende Faser gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Polyolefinfaser umfaßt, die eine Einzelfaser-
Festigkeit von mindestens 5 g/d, eine Einzelfaser-Dehnung von
mindestens 60% und einen Youngschen Elastizitätsmodul von
mindestens 250 kgf/mm2 hat, und das oben beschriebene Salz
einer höheren Fettsäure daran haftend enthält, hat sie
verbesserte betonverstärkende Effekte, insbesondere die
Schlagzähigkeit verstärkende Effekte.
Je größer die Schlagabsorptionsenergie von Beton ist, desto
höher wird die Schlagzähigkeit von Beton. Der Ausdruck
"Schlababsorptionsenergie", wie er hier verwendet wird, meint
die Energie von der Anwendung von Spannung auf ein
Betonformteil bis zum Verschwinden von Bruchspannung.
Da die Polyolefinfaser der vorliegenden Erfindung eine
Einzelfaser-Dehnung von mindestens 60%, eine Einzelfaser-
Festigkeit von mindestens 5 g/d und einen Youngschen
Elastizitätsmodul von mindestens 250 kgf/mm2 hat, weist sie
eine Schlagabsorptionsenergie auf, die höher ist als die
herkömmlicher Polyolefinfasern und hat somit auch eine höhere
Schlagzähigkeit. Denn die hohe Einzelfaser-Dehnung hält die
Festigkeit eines Betonformteils nach Brechen des Betons
aufrecht, und die hohe Einzelfaser-Festigkeit und der hohe
Youngsche Elastizitätsmodul machen die Anfangsfestigkeit und
die Festigkeit eines Betonformteils selbst höher. Da die
Polyolefinfaser, die obigen Eigenschaften aufweist, würde die
Kombination dieser Eigenschaften in der vorliegenden
Erfindung den verstärkenden Effekt eines Betonformteils im
Vergleich zu einem herkömmlich synergistisch erhöhen. Wenn
die Polyolefinfaser einer Einzelfaser-Dehnung von mindestens
70% und eine Einzelfaster-Festigkeit von mindestens 7 g/d
aufweist, zeigt darüber hinaus die Schlagabsorptionsenergie
eine drastische Verbesserung, was in einer weiteren
Verbesserung der Schlagzähigkeit resultiert. Da die
Polyolefinfaser der vorliegenden Erfindung einen Youngschen
Elastizitätsmodul von mindestens 250 kgf/mm2 hat, ist sie
außerdem gegenüber einem Anfangsschlag resistent und
verhindert ihr eigenes Reißen, wodurch die Effekte der
Einzelfaser-Festigkeit und Einzelfaser-Dehnung und auch die
Effekte des Salzes der höheren Fettsäure vollständig zutage
treten können. Der Youngsche Elastizitätsmodul ist
vorzugsweise mindestens 450 mgf/mm2. Es ist erwünscht, den
Youngschen Elastizitätsmodul zur Limitierung der
physikalischen Eigenschaften der Faser zu erhöhen.
Das Haften des oben beschriebenen Salzes einer höheren
Fettsäure an der Oberfläche der Polyolefinfaser verbessert
die Affinität mit und die Dispergierbarkeit in Beton. Das
Salz einer höheren Fettsäure ist eine Verbindung mit zwei
Polaritäten, einer hydrophilen Gruppe und einer hydrophoben
Gruppe. Indem bewirkt wird, daß das Salz einer höheren
Fettsäure an der Oberfläche der Polyolefinfaser haftet, haben
hydrophobe Gruppen der Polyolefinfaser und das Salz einer
höheren Fettsäure Affinität, wodurch Bindungskraft erhalten
wird. Andererseits stehen sich hydrophile Gruppen des Salzes
einer höheren Fettsäure und Zement gegenüber, und das
Calciumion im Zement wird durch das Salz aus dem Salz der
höheren Fettsäure ersetzt, wodurch sich ein Calciumsalz der
höhere Fettsäure bildet, das eine unlösliche und
selbsthaftende Substanz ist, wodurch Zementpartikel an der
Oberfläche der betonverstärkenden Faser haften. Mit anderen
Worten, indem ein Salz einer höheren Fettsäure zwischen die
Polyolefinfaser und Zement gebracht wird, wird die Haftung
zwischen dem Zement und einer betonverstärkenden Faser fest
und die Affinität verbessert, wodurch die betonverstärkende
Faser in einfacher Weise in dem Zement zu dispergieren ist.
Auf diese Weise ist auch die Dispergierbarkeit im Zement
verbessert.
Betonverstärkende Effekte können durch die Verbesserung der
Einzelfaser-Dehnung, der Einzelfaser-Festigkeit und des
Youngschen Elastizitätsmoduls der Polyolefinfaser oder der
Haftung des oben beschriebenen Salzes einer höheren Fettsäure
an der Faser erhalten werden; verstärkende Effekte zeigen
allerdings eine drastische Zunahme durch den Synergismus
zweier dieser Maßnahmen. Die Polyolefinfaser, die eine
Einzelfaser-Festigkeit von mindestens 5 g/d, eine
Einzelfaser-Dehnung von mindestens 60% und einen Youngschen
Elastizitätsmodul von mindestens 250 kgf/mm2 hat, ist
besonders hervorragend bei den fundamentalen physikalischen
Eigenschaften der Festigkeit; allerdings verbessern
synergistische Effekte, die durch die Haftung des oben
beschriebenen Salzes einer höheren Fettsäure hervorgebracht
werden, das Gleichgewicht zwischen der Polyolefinfaser und
dem Salz einer höheren Fettsäure, wodurch die Adsorption des
Salzes der höheren Fettsäure an der Oberfläche der Faser
verbessert wird, und auch die physikalischen Eigenschaften
(insbesondere Schlagzähigkeit) des Betonformteils drastisch
verbessert werden.
[BEISPIELE]
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend spezifischer durch
die Beispiele beschrieben. Es soll aber nicht beabsichtigt
sein, die vorliegende Erfindung auf diese zu beschränken. Was
die Bewertung der physikalischen Eigenschaften des
Betonformteils angeht, so wurde (1) Biegefestigkeit gemäß
JIS-A1408 (1995-1-1) gemessen und (2) die Schlagzähigkeit in
Übereinstimmung mit Carpy impact strength-Test nach JIS-B7722
(199-1-1) gemessen.
Die Herstellungsbedingungen für eine Faser und die
physikalischen Eigenschaften einer Faser, die in den
"Beispielen 1 bis 8, Vergleichsbeispielen 1 bis 8" zu
verwenden sind, sind in Tabelle 1 angegeben. Die Einzelfaser-
Festigkeit wurde in Übereinstimmung mit JIS-L-1015 (1995-1-1)
gemessen. Als Ausgangsmaterial für die Propylenfaser in der
Tabelle wurde ein Harz mit einer Fließfähigkeit von
8 g/10 min verwendet. Die Fließfähigkeit wurde gemäß
JIS-K7210 (1995-1-1) gemessen. Der Youngsche
Elastizitätsmodul wurde durch Analyse der Meßresultate für
die Einzelfaser-Festigkeit und -Dehnung errechnet.
BEISPIEL 1
Die Polypropylenfaser (0,18 kg) aus Tabelle 1 (1), 18 kg
normaler Portland-Zement und 1 l Wasser wurden vermischt,
dann wurde das resultierende Gemisch unter einem Druck von
120 kg/cm2 für 10 s komprimiert, wodurch ein Betonformteil,
das eine Größe von 30 cm × 25 cm × 1,1 cm hatte, als eine
Probe erhalten wurde. Nachdem das resultierende Formteil in
Dampf von 60°C für 5 h gehärtet und dann für 28 h drinnen
stehen gelassen worden war, wurde das resultierende Formteil
nach jedem der oben beschriebenen Punkte gemessen.
BEISPIEL 2
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die
Polypropylenfaser (2) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde
ein Beton-Formteil erhalten.
BEISPIEL 3
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die
Polypropylenfaser (3) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde
ein Beton-Formteil erhalten.
BEISPIEL 4
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die
Polypropylenfaser (4) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde
ein Beton-Formteil erhalten.
BEISPIEL 5
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die
Polypropylenfaser (5) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde
ein Beton-Formteil erhalten.
BEISPIEL 6
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die
Polypropylenfaser (6) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde
ein Beton-Formteil erhalten.
BEISPIEL 7
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die
Polypropylenfaser (7) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde
ein Beton-Formteil erhalten.
BEISPIEL 8
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die
Polypropylenfaser (8) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde
ein Beton-Formteil erhalten.
BEISPIEL 9
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die
Polypropylenfaser (9) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde
ein Beton-Formteil erhalten.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die
Polypropylenfaser (10) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde
ein Beton-Formteil erhalten.
VERGLEICHSBEISPIEL 2
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die
Polypropylenfaser (11) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde
ein Beton-Formteil erhalten.
VERGLEICHSBEISPIEL 3
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die
Polypropylenfaser (12) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde
ein Beton-Formteil erhalten.
VERGLEICHSBEISPIEL 4
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die
Polypropylenfaser (13) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde
ein Beton-Formteil erhalten.
VERGLEICHSBEISPIEL 5
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die
Polypropylenfaser (14) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde
ein Beton-Formteil erhalten.
VERGLEICHSBEISPIEL 6
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die
Polypropylenfaser (15) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde
ein Beton-Formteil erhalten.
VERGLEICHSBEISPIEL 7
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die
Polypropylenfaser (16) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde
ein Beton-Formteil erhalten.
VERGLEICHSBEISPIEL 8
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, außer daß die
Polypropylenfaser (17) der Tabelle 1 verwendet wurde, wurde
ein Beton-Formteil erhalten.
Die Bewertungsresultate für die physikalischen Eigenschaften
der Beton-Formteile, die in den Beispielen 1 bis 9 und den
Vergleichsbeispielen 1 bis 8 erhalten wurden, sind in Tabelle
2 angegeben.
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, wurde festgestellt, daß
die in den Beispielen 1 bis 9 erhaltenen Fasern hinsichtlich
der betonverstärkenden Effekte ausgezeichnet sind.
Es wurde festgestellt, daß die betonverstärkenden Fasern, die
in den Beispielen 7 und 8 verwendet wurden, besonders
hervorragende betonverstärkende Effekte aufweisen und denen,
die in den Beispielen 1 bis 6 verwendet werden, bezüglich oder
betonverstärkenden Effekte überlegen sind. Die durch Fasern,
die in den Beispielen 1 bis 6 verwendet werden, erzielten
verstärkenden Effekte bei Betonformteilen sind
zufriedenstellende was aus den Bewertungsresultaten der
physikalischen Eigenschaften beurteilt wird; allerdings
zeigen sie eine drastische Verbesserung, wenn die Festigkeit,
Dehnung und der Youngsche Elastizitätsmodul der Faser auf
mindestens 7 g/d, mindestens 70% bzw. mindestens 450 kgf/mm2
erhöht werden, wodurch die Schlagabsorptionsenergeie
beträchtlich gesteigert wird.
Die im Vergleichsbeispiel verwendete Faser weist keine so
sehr verstärkende Effekte auf, da die Menge des Salzes der
höheren Fettsäure, das daran haftet, weniger als 0,1 Gew.-%
ist, wohingegen die in Vergleichsbeispiel 2 verwendete Faser
bei der Schlagzähigkeit besonders schlecht ist, da das Salz
der höheren Fettsäure nicht daran haftet.
Die in den Vergleichsbeispielen 3 bis 9 verwendeten Fasern
haben keine zufriedenstellenden physikalischen Eigenschaften,
so daß keine zufriedenstellenden verstärkenden Effekte
verfügbar sind. Die in den Vergleichsbeispielen 4, 6 und 8
erhaltenen Fasern weisen keine ausreichenden verstärkenden
Effekte auf, da das Salz der höheren Fettsäure nicht an jeder
der Fasern haftet. Ihre verstärkenden Effekte sind denen der
Vergleichsbeispiele 3, 5 und 7 unterlegen. Die im
Vergleichsbeispiel 2 verwendete Faser zeigt physikalische
Eigenschaften, die einen ausreichenden Level haben, aber
selbst in diesem Fall können keine ausreichenden
verstärkenden Effekte erzielt werden, da das Salz der höheren
Fettsäure nicht an der Faser haftet. Kurz ausgedrückt, die
Vorteile der vorliegenden Erfindung können nur erzielt
werden, wenn die Faser, die als physikalische Eigenschaften
eine Einzelfaser-Festigkeit von mindestens 5 g/d, eine
Einzelfaser-Dehnung von mindestens 60% und einen Youngschen
Modul von mindestens 250 kgf/mm2, bevorzugter eine
Einzelfaser-Festigkeit von mindestens 7 g/d, eine
Einzelfaser-Dehnung von mindestens 70% und einen Youngschen
Elastizitätsmodul von mindestens 450 kgf/mm2 hat, einer
Oberflächenbehandlung mit dem oben beschriebenen Salz einer
höheren Fettsäure unterzogen wird.
[VORTEILE DER ERFINDUNG]
Die betonverstärkende Faser gemäß der vorliegenden Erfindung
hat hervorragende betonverstärkende Effekte. Da die
betonverstärkende Faser eine hohe Festigkeit und eine hohe
Dehnung und einen in hohem Maße aufrecht erhaltenen
Youngschen Elastizitätsmodul hat und zusätzlich durch ein
spezielles Salz einer höheren Fettsäure eine verbesserte
Haftung mit Zement hat, weist sie in ausreichendem Maß
verstärkende Effekte in Betonformteilen auf. Demenstprechend
ist es möglich, die Festigkeit des Betonformteils zu
verbessern. Insbesondere ein hoher Youngscher
Elastizitätsmodul erlaubt die Herstellung einer
zementverstärkenden Faser, die verbesserte verstärkende
Effekte, insbesondere verbesserte Schlagzähigkeit hat.